城市市政给排水管网的优化配置与管理

2023-03-11高祝英

科技创新与应用 2023年6期

高祝英

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

作为人类赖以生存的基础，水资源维持着人的生命，在人类发展过程中发挥的作用十分重要。水资源同样是城市化进程中实现城市各项功能的基础。不同类型的给水管网配置方式有着不同的优势和缺点，在优化配置中，应结合实际情况选择配置方法，加强规划设计细节的控制，提高设计施工图纸的科学性，在允许范围内将管道长度尽可能地缩小。

1 市政给排水管网配置的重要性

1.1 保证合理应用水资源

当前城市居民的日常用水、工厂生产加工用水等都需要市政给排水管网的支持，通过合理地配置市政给排水管网，有助于保证水资源的合理利用，提高水资源利用率，在合理利用水资源的同时，维持并且推动城市进一步发展建设。

1.2 改善城市环境质量

通过优化配置市政给排水管网可以实现城市环境的改善优化，将市民居住舒适度提升。当前很多城市都没有充分重视水资源的合理应用，导致存在水污染、水资源浪费等不同类型的问题，破坏了城市的生态环境，威胁着居民的健康舒适生活。通过优化配置给排水管网，可以将城市水资源利用现状有效改善优化，将城市水污染问题有效减少、解决，进而实现城市环境质量改善优化的效果。

1.3 防洪排涝

科学地配置市政给排水系统能够将发生洪涝灾害的概率和程度有效降低，从而将城市生产生活安全性提高。在自然排水过程中，城市排水系统优化配置有助于水体顺畅地排出，设计人员以当地所在区域地质条件、气候特征、人口分布和经济生产力等条件因素，合理地完成排水系统的规划设计，确保给排水系统能够结合各种影响因素合理地配置，将城市水暖计划、排污等方面产生的影响充分考虑进去，同时做好防洪排涝措施，确保一旦发生较大程度的降雨，城市依然可以安全地运行，避免给排水系统受到洪涝灾害影响而瘫痪。通过优化配置市政给排水管网，可以将城市安全水平提高，确保顺利地完成安全救援工作。

1.4 推动城市经济持续发展

在现代社会发展中，沿江沿海城市的发展在充沛的水系统支持下获得了比内陆城市更好的发展，在水资源支持下，很多城市经济持续高效发展，可见，城市的发展备受水资源的影响。通过优化配置市政给排水管网，提高水资源利用率，有助于推动城市朝着现代化、长远和环保方向发展，实现城市经济和其他相关经济产业的和谐发展。可见，在城市经济持续发展中，市政给排水优化配置有着深远的意义。

2 城市市政给排水管网优化配置措施

2.1 深入调查给排水需求量

保证城市正常用水是优化配置市政给排水管网的前提和目的，通过做好给排水量的合理管理和控制可以有效避免水量过多的情况。在居民生活水平提升过程中，应当加强节约用水等知识的宣传，在每位城市居民中渗透节约用水的思想。规划设计之前，还要加强城市人口、居民用水量和各个区域用水情况等基本资料的调查，明确城市给排水总量、上限等数据信息，然后针对性地开展规划设计，将城市给排水管网配置的合理性、科学性提高。

2.2 给水管网配置

第一，输水管网和配水管网。输水管网和配水管网共同组成了市政给水管道系统，其中输水管网主要负责水厂到配水管之间的连接和传输，能够将水体传输给市政用户，便于城市居民生活生产用水。输水管网配置前在水厂集中水源中发挥着关键的作用，通过对当前城市居民用水情况进行分析可知，输水管网的管径不变，能够长距离输送水体。为了保证输水系统的安全性，没有直接连接输水管网和用户管网，而是需要借助2根输水管有效连接用户和输水系统，通过这种方式可以保证一旦其中一根管网出现问题，另一根输水管能够保证居民的正常用水。城市水源供应为水厂，水源到水厂之间的管线需要输水管网连接。

配合使用配水管网可以更加合理地完成水源到用户给水管道的分配。有的市政给水管网连接的管道较多，在管径确定时需要加强流量、坡度等诸多影响因素的考虑分析。为了保证自来水可以顺利地供应给用户，需要合理地完成进户管的合理设置。在城市道路下方敷设给水分配管，将运输来的水源向各个小区总管道进行合理分配，然后由各个小区总管道再次分配给用户。通常市政给水使用的是100 mm管径的干管，有的城市有着较大的用水量，使用200 mm管径的干管。

第二，市政给水管网。城乡差异是影响市政给水管网设计的主要因素之一，此外还会受到自然因素、人口因素等其他因素的影响。在城市给水管网设计过程中，工作人员应当加强城市未来发展情况的分析，明确城市发展战略。城市中人口较为密集的区域有着相对较大的用水量，所以有着十分明显的管道交叉现象，为了保证管道布设科学合理，应充分做好管道的安全管控，合理布设给水管道，比如可以按照环状方式布设给水管道。乡镇地区呈现出十分明显的分散情况，加上受到经济水平的限制，对安全方面没有很高的要求，通常采用树状管网布设方式，该形式有着较为简单的结构，成本较低。不过树状管网缺乏足够的安全性，水利条件差，所以通常不会在城市中应用。

2.3 市政排水管网的优化设计方法

第一，布置管线平面。市政排水管网有着较大的覆盖面积，有的地区存在较为复杂的地形地貌特征，加上城市地下管线类型较多，分部较为广泛，容易受到其他管线的影响存在排水效果不佳的问题。为此，应当加强优化布设管线。比如在设计定线时，可以按照干管支管直线布置的方式，结合地势条件进行排布，将管线埋深适当减小，做好泵站设置数量的提升优化，从而将排水路径长度、管线消耗量减小，同时保证通畅地将城市污水排出到污水处理厂。在排水管线布置中还可以使用变权值Dijkstra算法，生成树权值可根据方案中管段流量、管线路径和管道埋深等参数变化而进行实时调整，根据算法对水流方向进行预测，进而提高排水管线布设的合理性。

第二，管线间距设计。有的城市排水管网设计中没有合理设置管线间距，导致管线间距控制不当对其使用效果产生负面影响。为此，在优化配置排水管道过程中，规划设计人员为了将管线彼此产生的印象降低，需要采取套管保护、管沟保护等措施，同时优化管线间距设计。比如在雨污分流过程中，可以做好雨污水管线最小间距计算模型的构建，将设计参数和已经掌握的信息准确地录入到模型中，按照式（1）计算雨污管道间距

式中：S为雨污管道间距；A为雨水检查井的宽度值；b为井壁厚度值；B为管道一侧工作面宽度；t为污水管壁厚值；d2为污水管壁内径值。

根据模型将雨水管和污水管最小平均间距值确定。在雨污管线并列敷设、检查井分开设置和管道接头避开检查井的市政排水管网工程中可以使用上述公式，如果和上述条件不符合，那么可以适当调整确保计算的合理性。

第三，管材设计。市政排水管网类型不同，对管材的性能质量要求也存在一定的不同，在优化配置中应当根据实际情况合理选择管材。当前金属管道、钢筋管道和塑料管道都是常见的管材类型。其中钢管、球墨铸铁管是常见的金属管道，钢管有着非常良好的耐压性能，在污水处理厂进出管道中常常使用金属管道。在经济水平不断提高的背景下，球墨铸铁管在河道沿岸污水管道中的应用逐渐频繁。钢筋混凝土管道不但成本低廉，而且有着较长的使用寿命和较强的抗压能力，在大管径排水管道中应用广发，在抵抗高流速冲刷方面性能显著。此外，工作人员可以优化管材加工处理和连接方式从而提高排水管道使用寿命。塑料管道主要为HDPE管道（图1），在使用年限50 a以内，无压重力流设计方法的管网工程中常常使用该管道，并且埋设中应当在冰冻线以下。

图1 HDPE管道

第四，排水管网细部设计。市政排水管网作为一项系统性的工程，涉及到的内容较多，在后续建设中遇到的影响因素及可能出现的问题较多，比如施工中回填管道时地面平整度不足，在车道正下方设置排水管道、雨水管道等诸多管道，增加工程建设难度。

2.4 雨水管线设计

在各个城市不断推进雨污分流后，雨水管网的配置备受关注，在雨水管网中，如何高效地收集处理雨水是城市给排水管网优化配置重点内容。通过综合利用雨水资源，可以做好地下水资源的补充和保护，缓解水资源紧缺的现状。雨水资源收集整理后只要经过处理可以再次使用，在城市用水紧缺时及时将这些处理后的水资源调动利用，将其应用于绿化灌溉、道路清洁和抑制扬尘等多方面内容，同时在城市建设中合理使用海绵城市理念，进一步提高雨水资源利用率，节约地下水资源，将市政排水管线负荷量降低。

2.5 附属设施的设计要点

市政给排水系统中的附属设施也发挥着重要作用，比如路肩边沟、路缘石等。在设计路缘石时，可以根据工程实际情况选择立缘石或者平缘石，其中平缘石高度应当符合周边地表高度，避免在强降雨时城市出现积水、内涝等问题，要保证雨水通过径流快速排出。设计立缘石时应当确保其高度稍微高于周围地表，保证雨水快速汇集并且流入雨水口进入到雨水系统。在布置立缘石时，为了保证雨水能够快速导流到绿化带中，可以选用豁口或者打孔的方式。在设计路肩过程中可以选用透水混凝土。目前我国很多城市建设中所用混凝土材料都缺乏足够的美观性，并且在排水系统中可能出现堵塞等问题，通过贯彻落实海绵城市理念，路肩设计可以选用植草沟方式（图2），利用绿化植物的保水固土作用，高效输送、净化和排放处理雨水。此外，在市政给排水工程设计中还要将排水设计和绿地工程有机结合，将排水系统路面径流分流作用充分发挥出来。

图2 生态植草沟

3 市政给排水管网工程管理优化

3.1 新旧管道的协调

城市建设处于循序渐进的过程，市政给排水管网也在不断完善优化。在改善过程中，工作人员需要深入调查城市原有给排水管网的实际情况，调查管道分部、数量和类型，从而保证合理地固化设计市政给排水管网。同时，具体建设中，应当严格遵守施工工序，避免损害到原有的管线。

3.2 应用计算机设计

利用计算机系统辅助设计，提高市政给排水管网配置的科学性。规划设计人员可以将基础图纸、资料上传到计算机系统中，系统自动完成计算，还可生成三维立体化图纸，将给排水系统配置的科学性、合理性提高，同时节省规划设计时间，将规划设计数据的准确性提高，确保管网建设施工高效可靠。

3.3 根据城市功能区域优化设计

城市不同区域之间存在一定的差异，可以体现在人口、道路交通、地质条件和气候条件等多个方面，受到多方面因素影响，各个区域对给排水管网的需求也不同，比如较为干旱的区域对供水需求较大，人口居住量较大的区域给排水要求较高。有的城市常年降水量大，对排水需求较大。受到城市功能区域的影响，给排水需求也不同，比如生活区域对生活供水和排水需求较大。可见，在规划设计城市给排水系统过程中，应当根据类型不同合理地进行规划，加强先进设计理念的应用，将城市给排水系统设计的合理性提高。规划设计人员应当明确地理环境等方面的影响，结合城市现有给排水系统调整规划设计方案，做好配置区域用水和排污情况的深入调查分析，然后进行给排水设计方案的改善优化。